RU2457478C1 - Способ выявления зон предразрушений в сварных соединениях теплоустойчивых сталей - Google Patents
Способ выявления зон предразрушений в сварных соединениях теплоустойчивых сталей Download PDFInfo
- Publication number
- RU2457478C1 RU2457478C1 RU2011109019/28A RU2011109019A RU2457478C1 RU 2457478 C1 RU2457478 C1 RU 2457478C1 RU 2011109019/28 A RU2011109019/28 A RU 2011109019/28A RU 2011109019 A RU2011109019 A RU 2011109019A RU 2457478 C1 RU2457478 C1 RU 2457478C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- delay time
- surface acoustic
- welded joints
- weld
- welded
- Prior art date
Links
Landscapes
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)
Abstract
Использование: для выявления зон предразрушений в сварных соединениях теплоустойчивых сталей. Сущность: заключается в том, что осуществляют определение времени задержки поверхностных акустических волн и электронно-микроскопические исследования сварных соединений после различных сроков эксплуатации, при этом измеряют время задержки поверхностных акустических волн, поляризованных в двух взаимно перпендикулярных направлениях, в сварном соединении с исходным состоянием, а также в контролируемом сварном соединении, а именно в металле швов и околошовных зонах, после выбранного срока эксплуатации по графику контроля, далее на основе измерения локальных дальнодействующих полей внутренних напряжений и времени задержки поверхностных акустических волн выводят акустический критерий оценки ресурса сварных соединений, на основании которого выявляют зоны предразрушений в сварных соединениях теплоустойчивых сталей. Технический результат: обеспечение возможности выявления зон предразрушений на различных этапах жизненного цикла технических устройств опасных производственных объектов после длительной эксплуатации.
Description
Изобретение относится к способам изучения и анализа наноструктурного состояния сварных соединений технических устройств опасных производственных объектов (паропроводов) с помощью методов физического металловедения, в частности электронно-микроскопических исследований наноструктуры, а также акустических методов неразрушающего контроля.
В процессе длительной эксплуатации технических устройств опасных производственных объектов при высоких температурах и давлениях в металле сварных соединений происходят сложные физико-химические процессы, вызванные в первую очередь распадом перлитной составляющей микроструктуры, коагуляцией и сфероидизацией карбидов, образованием и накоплением микроповрежденности, снижением жаропрочности.
Большую опасность с точки зрения безопасной эксплуатации представляют околошовные зоны сварных соединений энергооборудования. В процессе длительной работы сварных соединений паропроводов в околошовных зонах развиваются микронесплошности в так называемой «мягкой» прослойке. Микронесплошности этого типа образуются в участках сварного соединения, имеющих пониженное сопротивление ползучести - зонах предразрушения. Такими участками в первую очередь являются участки доотпуска и неполной перекристаллизации в околошовной зоне, характеризующиеся мелкозернистым строением, они не выявляются существующими методами неразрушающего контроля.
В энергетике для контроля качества металла технических устройств опасных производственных объектов применяют способ акустико-эмиссионного контроля (Иванов В.И., Белов В.М. Акустико-эмиссионный контроль сварки и сварных соединений. М.: Машиностроение, 1981. 184 с.).
Способ акустико-эмиссионного контроля основан на испускании материалом упругих волн, вызванных динамической локальной перестройкой его структуры. Эти волны распространяются от источника к датчику (датчикам), где они преобразуются в электрические сигналы. Оценку работоспособности сварных соединений проводят путем регистрации и анализа возбуждаемых развивающимися дефектами ультразвуковых колебаний. Приборы измеряют эти сигналы и отображают данные, на основе которых оператор оценивает состояние и поведение структуры под напряжением.
К недостаткам этого способа выявления зон предразрушения в сварных соединениях теплоустойчивых сталей можно отнести:
- сложность и большую стоимость аппаратуры;
- низкую помехоустойчивость аппаратуры;
- не явную связь между параметрами микроструктуры в зоне предразрушения и акустико-эмиссионными характеристиками при образовании микроповреждений в сварных соединениях.
Наиболее близким к изобретению следует отнести способ неразрушающего контроля степени поврежденности металлов эксплуатируемых элементов теплоэнергетического оборудования (патент РФ №2231057, МПК G01N 29/20, опубл. 20.04.2004, бюл. №17), включающий определение времени задержки ультразвуковой поверхностной волны, которая возбуждается на поверхности нового элемента, в зоне разрушения элемента и в контролируемой зоне эксплуатируемого элемента, а затем определение критерия степени поврежденности эксплуатируемого элемента из соотношения:
где Кп - критерий степени поврежденности металла в относительных единицах;
W0 - среднестатистическое время задержки ультразвуковой поверхностной волны на поверхности новых элементов, нс;
Wp - среднестатистическое время задержки ультразвуковой поверхностной волны на поверхности металла в зоне разрушения элемента, нс;
W1 - среднестатистическое время задержки ультразвуковой поверхностной волны на поверхности эксплуатируемого элемента, нс;
причем замену эксплуатируемого элемента производят при условии Кп=0,7-0,9.
К недостаткам способа неразрушающего контроля степени поврежденности металлов эксплуатируемых элементов теплоэнергетического оборудования следует отнести то обстоятельство, что при определении степени поврежденности металлов не учитывается анизотропия физико-механических характеристик и структурно-фазового состояния теплоустойчивых сталей вдоль и поперек направления деформации.
Технический результат изобретения заключается в предотвращении повреждений сварных соединений за счет выявления зон предразрушения на различных этапах жизненного цикла технических устройств опасных производственных объектов после длительной эксплуатации.
Указанный технический результат достигается тем, что в способе выявления зон предразрушений в сварных соединениях теплоустойчивых сталей, включающем определение времени задержки поверхностных акустических волн и электронно-микроскопические исследования сварных соединений после различных сроков эксплуатации, согласно изобретению измеряют время задержки поверхностных акустических волн, поляризованных в двух взаимно перпендикулярных направлениях, в сварном соединении с исходным состоянием, а также в контролируемом сварном соединении, а именно в металле швов и околошовных зонах, после выбранного срока эксплуатации по графику контроля, далее на основе измерения локальных дальнодействующих полей внутренних напряжений и времени задержки поверхностных акустических волн выводят акустический критерий оценки ресурса сварных соединений
где R01 - среднестатистическое время задержки поверхностной акустической волны, поляризованной вдоль сварного соединения в исходном состоянии, нс;
Rt01 - среднестатистическое время задержки поверхностной акустической волны, поляризованной вдоль контролируемого сварного соединения, нс;
R02 - среднестатистическое время задержки поверхностной акустической волны, поляризованной поперек сварного соединения в исходном состоянии, нс;
Rt02 - среднестатистическое время задержки поверхностной акустической волны, поляризованной поперек контролируемого сварного соединения, нс,
причем при величине акустического критерия оценки ресурса сварного соединения меньшей, либо равной 0,98 производят замену эксплуатируемого элемента.
Заявленный способ осуществляют следующим образом. Для выявления зон предразрушений в сварных соединениях теплоустойчивой стали проводят измерение времени задержки поверхностных акустических волн, поляризованных в двух взаимно перпендикулярных направлениях, в сварном соединении с исходным состоянием, а также в контролируемом сварном соединении, а именно в металле швов и околошовных зонах, после выбранного срока эксплуатации по графику контроля. Измерения проводят не менее чем в двенадцати точках (в металле шва и околошовных зонах). Затем образцы, изготовленные из сварных соединений, исследуют электронно-микроскопическими методами в точках измерения времени задержки поверхностных акустических волн, где изучают наноструктуру: измеряют плотность изгибных экстинкционных контуров, определяют величину локальных дальнодействующих полей внутренних напряжений, плотность дислокации и выявляют наличие микронесплошностей.
Для подтверждения достоверности полученных результатов используют статистические методы. Определяют средние величины и дисперсии соответствующих измеряемых параметров.
Далее определяют критический уровень локальных дальнодействующих полей внутренних напряжений для теплоустойчивых сталей, приводящий к возникновению микронесплошностей и образованию зон предразрушений.
Строят эталонные кривые зависимостей для сварных соединений теплоустойчивых сталей между величиной локальных дальнодействующих полей внутренних напряжений и временем задержки поверхностных акустических волн. Из полученных зависимостей получают акустический критерий оценки ресурса сварных соединений
где R01 - среднестатистическое время задержки поверхностной акустической волны, поляризованной вдоль сварного соединения в исходном состоянии, нс;
Rt01 - среднестатистическое время задержки поверхностной акустической волны, поляризованной вдоль контролируемого сварного соединения, нс;
R02 - среднестатистическое время задержки поверхностной акустической волны, поляризованной поперек сварного соединения в исходном состоянии, нс;
Rt02 - среднестатистическое время задержки поверхностной акустической волны, поляризованной поперек контролируемого сварного соединения, нс.
Для сварных соединений теплоустойчивых сталей определяют предельную величину акустического критерия оценки ресурса сварных соединений, которая характеризует образование в сварном соединении зоны предразрушения - появление микронесплошностей.
Исследования наноструктуры проводят с применением электронно-микроскопических методов на микроскопе «ЭМ - 125К» при ускоряющем напряжении 125 кВ с использованием гониометра.
Для акустических исследований используют многофункциональную автоматизированную спектрально-акустическую систему «АСТРОН». В основу работы аппаратной части системы положен способ подробной регистрации всей серии отраженных акустических импульсов для ее последующей обработки средствами программной части системы.
Для сварных соединений паропроводов из теплоустойчивой стали (например, хромомолибденованадиевой) электронно-микроскопическим методом установили, что образование зоны предразрушения возникает при уровне локальных дальнодействующих полей внутренних напряжений, равном 3800 МПа и более. При таких напряжениях акустический критерий оценки ресурса сварных соединений равен или менее 0,98.
Пример конкретного применения заявляемого способа.
Для исследованного сварного соединения паропровода, изготовленного из стали 12Х1МФ, после 298 тысяч часов эксплуатации при температуре 545°С и давлении 14,0 МПа R01, R02, Rt01, Rt02 равны 5732, 5724, 5802 и 5800 нс соответственно, а вычисленный акустический критерий оценки ресурса сварных соединений К=0,9749, что свидетельствует о том, что в околошовной зоне возникли значительные локальные дальнодействующие поля внутренних напряжений, и образовалась зона предразрушения. Следовательно, дальнейшая эксплуатация сварного соединения может привести к разрушению технического устройства и возникновению аварийной ситуации.
Таким образом, предложенный способ впервые позволяет выявлять зоны предразрушения (зоны с пониженным сопротивлением ползучести -«мягкие прослойки») в сварных соединениях теплоустойчивых сталей по акустическому критерию оценки ресурса сварных соединений и параметрам наноструктуры.
Claims (1)
- Способ выявления зон предразрушений в сварных соединениях теплоустойчивых сталей, включающий определение времени задержки поверхностных акустических волн и электронно-микроскопические исследования сварных соединений после различных сроков эксплуатации, отличающийся тем, что измеряют время задержки поверхностных акустических волн, поляризованных в двух взаимно перпендикулярных направлениях, в сварном соединении с исходным состоянием, а также в контролируемом сварном соединении, а именно в металле швов и околошовных зонах, после выбранного срока эксплуатации по графику контроля, далее на основе измерения локальных дальнодействующих полей внутренних напряжений и времени задержки поверхностных акустических волн выводят акустический критерий оценки ресурса сварных соединений
где R01 - среднестатистическое время задержки поверхностной акустической волны, поляризованной вдоль сварного соединения в исходном состоянии, нс;
Rt01 - среднестатистическое время задержки поверхностной акустической волны, поляризованной вдоль контролируемого сварного соединения, нс;
R02 - среднестатистическое время задержки поверхностной акустической волны, поляризованной поперек сварного соединения в исходном состоянии, нс;
Rt02 - среднестатистическое время задержки поверхностной акустической волны, поляризованной поперек контролируемого сварного соединения, нс,
причем при величине акустического критерия оценки ресурса сварного соединения, меньшей либо равной 0,98, производят замену эксплуатируемого элемента.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2011109019/28A RU2457478C1 (ru) | 2011-03-10 | 2011-03-10 | Способ выявления зон предразрушений в сварных соединениях теплоустойчивых сталей |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2011109019/28A RU2457478C1 (ru) | 2011-03-10 | 2011-03-10 | Способ выявления зон предразрушений в сварных соединениях теплоустойчивых сталей |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2457478C1 true RU2457478C1 (ru) | 2012-07-27 |
Family
ID=46850800
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2011109019/28A RU2457478C1 (ru) | 2011-03-10 | 2011-03-10 | Способ выявления зон предразрушений в сварных соединениях теплоустойчивых сталей |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2457478C1 (ru) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2532141C1 (ru) * | 2013-07-23 | 2014-10-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Кузбасский государственный технический университет имени Т.Ф. Горбачева" (КузГТУ) | Способ неразрушающего контроля длительно работающего металла эксплуатируемых элементов теплоэнергетического оборудования |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2231057C2 (ru) * | 2002-05-13 | 2004-06-20 | Автономная некоммерческая организация "Кузбасский центр сварки" | Способ неразрушающего контроля степени поврежденности металлов эксплуатируемых элементов теплоэнергетического оборудования |
| RU2274859C1 (ru) * | 2004-08-17 | 2006-04-20 | Вячеслав Вячеславович Казаков | Нелинейный акустический способ обнаружения трещин и их местоположений в конструкции и устройство для его реализации |
| RU56620U1 (ru) * | 2005-09-21 | 2006-09-10 | ООО НТЦ "Геодинамики и Диагностики" | Устройство для прогнозирования остаточного ресурса и физико-механических параметров материалов при неразрушающем контроле |
-
2011
- 2011-03-10 RU RU2011109019/28A patent/RU2457478C1/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2231057C2 (ru) * | 2002-05-13 | 2004-06-20 | Автономная некоммерческая организация "Кузбасский центр сварки" | Способ неразрушающего контроля степени поврежденности металлов эксплуатируемых элементов теплоэнергетического оборудования |
| RU2274859C1 (ru) * | 2004-08-17 | 2006-04-20 | Вячеслав Вячеславович Казаков | Нелинейный акустический способ обнаружения трещин и их местоположений в конструкции и устройство для его реализации |
| RU56620U1 (ru) * | 2005-09-21 | 2006-09-10 | ООО НТЦ "Геодинамики и Диагностики" | Устройство для прогнозирования остаточного ресурса и физико-механических параметров материалов при неразрушающем контроле |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2532141C1 (ru) * | 2013-07-23 | 2014-10-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Кузбасский государственный технический университет имени Т.Ф. Горбачева" (КузГТУ) | Способ неразрушающего контроля длительно работающего металла эксплуатируемых элементов теплоэнергетического оборудования |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US11639915B2 (en) | Identifying structural defect geometric features from acoustic emission waveforms | |
| WO2020057270A1 (zh) | 材料微裂纹扩展尺寸的超声无损检测方法 | |
| Maslouhi | Fatigue crack growth monitoring in aluminum using acoustic emission and acousto‐ultrasonic methods | |
| Li et al. | Fatigue crack sizing in rail steel using crack closure-induced acoustic emission waves | |
| Goldaran et al. | Application of acoustic emission for damage classification and assessment of corrosion in pre-stressed concrete pipes | |
| Dejans et al. | Acoustic emission as a tool for prediction of nugget diameter in resistance spot welding | |
| JP5923923B2 (ja) | 極低温超音波疲労非破壊試験評価装置及び解析・評価方法 | |
| Sampath et al. | Detection and localization of fatigue crack using nonlinear ultrasonic three-wave mixing technique | |
| Zagrai∗ et al. | Micro-and macroscale damage detection using the nonlinear acoustic vibro-modulation technique | |
| JP2013088262A5 (ru) | ||
| Metya et al. | Nonlinear Lamb wave for the evaluation of creep damage in modified 9Cr–1Mo steel | |
| Kamei et al. | Current challenges in modelling vibrational fatigue and fracture of structures: A review | |
| Xing et al. | Quantitative metal magnetic memory reliability modeling for welded joints | |
| Frau et al. | Analysis of elastic nonlinearity for impact damage detection in composite laminates | |
| Ohtani et al. | Evolution of microstructure and acoustic damping during creep of a Cr–Mo–V ferritic steel | |
| RU2457478C1 (ru) | Способ выявления зон предразрушений в сварных соединениях теплоустойчивых сталей | |
| Ahmad et al. | Evaluation of magnetic flux leakage signals on fatigue crack growth of mild steel | |
| RU2532141C1 (ru) | Способ неразрушающего контроля длительно работающего металла эксплуатируемых элементов теплоэнергетического оборудования | |
| Goszczyńska et al. | Assessment of the technical state of large size steel structures under cyclic load with the acoustic emission method–IADP | |
| Miles et al. | Characterizing microstructural variability in P91 steel using nonlinear ultrasonic Rayleigh waves | |
| RU2231057C2 (ru) | Способ неразрушающего контроля степени поврежденности металлов эксплуатируемых элементов теплоэнергетического оборудования | |
| Prakash et al. | Fatigue response evaluation of stainless steel SS 304 L (N) and SS 316 L (N) through cyclic ball indentation studies | |
| Firdaus et al. | Detection of high stress concentration zone using magnetic flux leakage method | |
| Vanniamparambil et al. | In-situ acousto-ultrasonic monitoring of crack propagation in Al2024 alloy | |
| Zavadil | Detection of Creep Degradation on Collapsed Membrane Wall From P265GH Pressure Purpose Steel by Ultrasonic Testing |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20130311 |